Seminario N°3 de Bioquímica

Seminario N°3 de Bioquímica

Cuestionario

1. Explique la importancia de los procesos oxidativos biológicos en relación a los requerimientos energéticos del organismo.

Las oxidaciones biológicas Son todos los procesos de carácter biológico que tienen lugar en las diferentes células y en las cuales las moléculas orgánicas se transforman mediante reacciones de oxidación - reducción.

En las células de los sistemas biológicos aeróbicos la mayor parte de la energía para los procesos catabólicos procede de una transferencia de electrones, siendo este un proceso de oxidaciones biológicas las cuales se basan en la pérdida o ganancia de e- o de H2 y O2. En los animales, la oxidación de los carbohidratos y las grasas constituyen la fuente principal suministradora de energía, mientras que en algunos microorganismos tienen la facultad de obtener energía química a partir de procesos que no requieren la participación de O2.

Esta energía que ha sido liberada es utilizada para los diferentes procesos vitales del organismo.

1. Explicar cuáles son las fuentes de obtención de acetil CoA para organismos aeróbicos en condiciones normales.

El acetil-CoA es un producto común a todas las reacciones de degradación de todas las moléculas orgánicas. 

Estructura.

- Resto acetilo: restos de 2 carbonos (C2) que proceden de la degradación de las moléculas.

- CoA: coenzima descubierto por Lipman. Transportador universal de grupos acetilo y también de cadenas más largas. Estos restos se unen al CoA por medio de un enlace tioéster.

En los seres vivos el producto de catabolismo de glúcidos, lípidos y proteínas, se forman a acetil-CoA. Las fuentes metabólicas de Acetil-CoA, va a proceder de la degradación de los diferentes macronutrientes:

- Lípidos → n ácidos grasos → n/2 acetil-CoA

Los Ac. Grasos forman acetil-CoA por beta oxidación, que básicamente se divide en 2 fases, la oxidación que es la remoción de una e- y beta que se refiere al C3 de los Ac. Grasos, es un proceso catabólico. Por ejemplo un Ac Graso de 16 C cada vez que pasa por la B oxidación el resultado va hacer 2 carbonos de actil-CoA y así sucesivamente hasta que se degrade por completo el Ac. Graso. Esta B oxidación es regulada por la malonil CoA, está también forma parte de la síntesis de los Ac. Grasos.

Por lo que, cuando se presente el proceso de síntesis, la formación de acetil-CoA debe de quedar inhibido y viceversa.

La malonil CoA va a inhibir a la carnitina acetil transferasa 1 (CAT-1) que va hacer la encargada de formar a la acil cartinina, la cual va a llegar hasta la matriz mitocondrial para la formación de acetil-CoA, esta reacción se produce principalmente en el hígado (en la mitocondria), también en el músculo y en otras células.

- Hidratos de carbono → acetil-CoA (siempre a través de la glicolisis)

H de C → glicolisis → piruvato → acetil-CoA

El piruvato se obtiene a partir del catabolismo de la glucosa a través de la glucolisis.

El piruvato es una molécula que presenta 3 átomos de carbono, esta molécula va a sufrir 1 descarboxilaciòn y 1 oxidaciòn, esto ocurre por acción de la enzima llamada piruvato deshidrogenasa, la piruvato deshidrogenasa primero cataliza la descarboxilaciòn porque el primer carbono es el que va a formar el CO2 y los 2 carbonos que restan (el compuesto se llama acetil) se van a unir con la CoA-SH para formar el acetil-CoA. La oxidación ocurre cuando el piruvato pierde electrones y van hacer captados por el NAD+ a NADH y este último va a los sitios fosforilantes para la obtención de ATP.

- Proteínas → aminoácidos → glicolisis → piruvato → acetil-CoA

→ acetil-CoA

El exceso de proteínas se catabolizan (los aa no se almacenan).

En ausencia de glúcidos se recurre a las proteínas celulares para la obtención de acetil CoA, por medio de transaminaciòn.

1. Con relación a la descarboxilación oxidativa del piruvato para formar Acetil CoA, plantee:

1. Localización celular.

La descarboxilaciòn oxidativa del piruvato es un proceso metabólico que sucede en la matriz mitocondrial, el compartimento más interno de la mitocondria. En este proceso el piruvato se transforma a acetil-CoA generando NADH. Este proceso es irreversible en los humanos y es necesario para la obtención de energía a gran escala a partir de los carbohidratos en primera instancia y de los Ac. Grasos o aa como segunda ruta.

1. Enzimas y cofactores que participan.

El complejo PDH tiene 3 enzimas catalíticas:
En las catalíticas se encuentran:

• Piruvato descarboxilasa, está formada por 2 subunidades [pic 1] (en verde) y 2 [pic 2] (en azul). Cataliza la descarboxilación del piruvato y su unión a la lipoamida de la siguente enzima, la dihidrolipoil transacetilasa E2, con unión del piruvato de manera transitoria al coenzima tiamina pirofosfato de E1.
• dihidropoil transacetilasa, transfiere el grupo acetil que se encuentra unido a la lipoamida (dominio lipoil de E2) a la coenzima A para dar el acetil-CoA producto de la reacción y la lipoamida en su forma reducida.
• dihidropoil deshidrogenasa, esta enzima recupera la forma oxidada de la lipoamida rindiendo un NADH (en amarillo), para ello requiere de la intervención de FAD como coenzima (en rojo).

El complejo PDH está compuesto por 5 cofactores: NAD+, FAD+ ácido lipoico (puede encontrarse ionizado y no ionizado), PPT y coenzima A (HS-CoA)

1. Regulación.

La regulación de la PDH está dada por 2 enzimas reguladoras: piruvato deshidrogenasa quinasa (inhibor), piruvato deshidrogenasa fosfatasa (activador).

Regulación se da por fosforilación, el complejo se vuelve enzimáticamente inactivo reversible cuando el ATP se fosforila, mediante una quinasa específica, un determinado residuo de serina del componente piruvato deshidrogenasa. a) La fosforilación se favorece a valores altos de los cocientes ATP/ADP, acetil-Coa/CoA y NADH/NAD+, mientras que se inhibe por el piruvato. b) El complejo enzimático se activa por una desfosforilación producida por la fosfatasa. c) La desfosforilación se favorece con niveles elevados de Ca+2. La insulina también estimula la desfosforilación con lo que se acelera la transformación de piruvato a acetil-CoA, y así el paso de glucosa a piruvato.

Reacción de la PDH

La conversión del piruvato en acetil-CoA se desarrolla en cuatro etapas dentro del complejo enzimático de la piruvato descarboxilasa.

Paso 1. Piruvato + TPP------- Hidroxietil-TPP + CO2

El piruvato reacciona con tiamina pirofosfato (TPP) en la enzima piruvato descarboxilasa (E1) del complejo. Este proceso escinde CO2 y genera acetaldehído unido a TPP, o hidroxietilamina.

Esta reacción es la más lenta del proceso, por lo que es la limitante de la velocidad de la reacción global.

Paso 2. Hidroexitil-TPP + Lipoamida----- TPP + Acetil-lipoamida

La hidroexiteliamina reacciona con la lipoamida en una oxidación que genera acetil-lipoamida (catalizada por la dihidrilipoil transacelitasa, E2). El oxidante es el grupo disulfuro de la lipoamida que se reduce a sulfihidrilo. El otro azufre se liga al acetil.

Paso 3. Acetil-lipoamida + CoA-SH --------Dihidrolipoamida + acetil-CoA

La acetil-lipoamida continúa en la dihidrolipoil transacetilasa, donde reacciona con el cofactor CoA-SH. El acetil de la acetil-lipoamida es transferido a la CoA, que se oxida y conserva el enlace tioéster rico en energía, y se reestablece la dihidrolipoamida, que se reduce al adquirir de nuevo el sulfhidrilo. La acetil-CoA se libera al interior de la matriz mitocondrial.

Paso 4. Dihidrolipoamida + NAD-------Lipoamida + NADH+H+

La última reacción la cataliza la dihidrolipoil deshidrogenasa, donde se reestablece en el enlace disulfuro de la lipoamida para hacerla reactiva nuevamente. Para ello, se emplea a FAD como intermediario, que se reduce a FADH2 y oxida los sulfuros (que luego se enlazan nuevamente).Finalmente, el FADH2 reacciona con NAD+, que se reduce a NADH+H+ y se libera, restituyendo a FAD para una nueva reacción.

A este tipo de reacciones en secuencia se le denomina canalización de sustratos. De este modo, ningún sustrato abandona nunca el complejo, por lo que la concentración de sustratos es muy alta en E2. Además, se impide el robo por parte de otras rutas del grupo acetilo.

1. Analice el papel central del ciclo de Krebs en el metabolismo, mencione su importancia y describa en forma breve lo siguiente:

El ciclo de krebs como vía central metabólica es de gran importancia, ya que este en combinación con la cadena respiratoria y la fosforilación oxidativa y a partir del acetil CoA proveniente de múltiples metabolitos produce la mayor parte del CO2 el H2O y la energía (en forma de ATP) resultante del catabolismo de las cadenas carbonadas en dichas moléculas. Esta energía es la principal forma de energía metabólicamente utilizable para el desarrollo de las actividades vitales de carácter endergónico que se lleva a cabo en los diferentes organismos. Además el ciclo de Krebs nos genera citrato estos nos forman los ácidos grasos que generan a la membranas, succinil CoA que es el principal generador de los carbonos del grupo Hemo, al fumarato que es de gran importancia en el ciclo de la urea para la eliminación de NH3 y genera a su vez acetil-CoA siendo este el padre del C.K.

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